基于蚁群算法的水下传感网网络生存期延长策略研究

随着海洋强国战略的推进和实施,水下传感器网络广泛应用于海洋资源探测、污染监测、辅助导航和水下军事侦察等领域,具有十分重要的意义。由于水下传感器所携电池充电或更换困难,如何减小传输能耗、在传感器能量受限的情况下提升网络生存期是亟须解决的关键问题之一。据此,提出了一种动态蚁群路由算法,考虑了每次传输后的节点剩余能量,作为路径优化的条件之一,基于蚁群算法在每次传输中选择最优路径,并在每次传输完成后更新路由表,让更多的节点参与信息传输,以提高节点的利用率。仿真结果表明：动态蚁群路由算法同时兼顾了能耗平衡和最小传输能耗,大大提高了网络生存期。分析结果对水下传感器网络的路由协议设计有一定的参考意义。     

基于时间竞争的海洋物联网性能优化策略

海洋物联网是部署在海洋中的智能互联网络,由于部署环境的特殊性,其感知层网络常常存在"热区"现象,给优化网络带宽、能量、通信可靠性等性能带来很大挑战。本文研究高效可靠的路由策略以优化海洋物联网的网络通信性能,提出了一种基于时间竞争的简单机会路由,将其与分层网络的节点跨层转发模型融合,在最小化数据通信开销的基础上,使用时间竞争的方式来缓解通信"热区"问题,以降低网络通信负载,平衡网络能耗,减少网络数据拥塞,提高数据包交付率并延长网络的使用寿命。实验结果表明,所提出的策略有效提高了海洋物联网感知终端的通信性能。     

Bounding Cube:一种无线传感器网络节点三维定位算法

无线传感器网络经常会部署在三维区域内,但目前大部分节点定位方法仅考虑的是二维应用.针对无线传感器网络节点能量有限特点,提出1种三维节点定位算法bounding cube,研究算法的原理和实现方法,并进行仿真分析.仿真结果表明,在100 m×100 m×100 m的三维空间内随机部署400个节点,当已知节点密度>20%,通信半径分别为r=30 m,r=40 m,r=50 m时,相对定位误差均<40%,当已知节点密度>20%、通信半径>30 m时,一次定位比例可以达到100%.该算法的突出特点是方法简单、计算量小.     

无线Ad Hoc网络拓扑控制研究

由节点位置和传输范围确定的无线网络拓扑结构对网络性能有着重大影响。拓扑控制通过调节节点的传输功率,能够优化网络的性能,减少节点的功率消耗,延长网络的生存时间。拓扑控制算法按其优化目标可以分为基于几何结构和基于能量有效性2类,前者主要以某些几何结构为基础构建网络拓扑,后者主要关注网络的能量有效性。文中综述了Ad Hoc网络拓扑控制的研究现状,介绍了一些典型拓扑控制算法的原理及最新进展。     

VBF水下传感器网络路由协议的路径优化与模拟

针对水下传感器网络节点的移动性,以基本VBF(Vector-Based Forwarding Protocol)路由协议为基础,提出了1种适用于水下移动传感器节点的路径优化算法.为了验证此路径优化算法的有效性,分别对基本VBF算法和改进的VBF算法进行了3个模拟实验;从数据包接收成功率和网络负载两方面分析比较了实验模拟结果.比较结果可以看出:文中提出的路径优化的VBF路由协议的数据包成功接收率要优于VBF路由协议,降低了网络负载,并且该优化算法实现简单,不需要增加额外的网络延迟时间.     

无标度网络上队列资源分配研究

研究了节点队列资源有限的条件下,无标度网络上的信息流动力学过程,发现了网络由自由流通到拥塞的相变现象,提出了一种基于节点度的队列资源分配模型.模型的核心是使节点i的队列长度与k^β_i成正比(k_i为节点i的度,β为分配参数).仿真结果表明,在网络使用最短路径算法进行信息包传送的条件下,β近似等于1.25时队列资源分配最合理,网络容量最大,且该最佳值与队列总资源多少以及网络的规模无关.     

加权网络权重自相似评判函数及其社团结构检测

提出了权重自相似性加权网络社团结构评判函数,并基于该函数提出一种谱分析算法检测社团结构,结果表明算法能将加权网络划分为同一社团内边权值分布均匀,而社团间边权值分布随机的社团结构.通过建立具有社团结构的加权随机网络分析了该算法的准确性,与WEO和WGN算法相比,在评判权重自相似的阈值系数取较小时,该算法具有较高的准确性.对于一个具有n个节点和c个社团的加权网络,社团结构检测的复杂度为O(cn²/2).通过设置评判权重自相似的阈值系数,可检测出能反映节点联系稳定性的层化性社     

基于源路由的IPv6网络瓶颈带宽定位和估计

网络瓶颈带宽是网络性能的重要指标,现有的瓶颈测量工具只能定位和估计端到端路径的瓶颈带宽,无法定位和估计网络各处的瓶颈带宽,不能满足各种网络设计、管理及应用的需求。文中基于IPv6网络的源路由机制,设计能够定位和估计整个IPv6网络瓶颈带宽的算法和测量包序列,提出基于现代最优化原理的动态规划和分支定界算法,实现了测量工具Netneck。部署在1台探测主机的Netneck就可以定位和估计整个IPv6网络的瓶颈,能够满足全网瓶颈测量的需求。通过部署在CNGI-6PlanetLab平台的大量CERNET2 IPv6网络实验,验证了该算法和工具的有效性。     

基于社团的移动容迟网络源路由算法

针对移动容迟网络中的数据共享服务,提出基于社团的源路由算法(Social-based Source Routing,SSR)。将移动容迟网络中的数据共享过程分为摘要消息广播、兴趣消息回传与内容数据转发。利用分布式社团检测算法区别各节点的多社团结构,通过摘要消息广播构建节点间的社团路径(Community Path),并将共享数据沿社团路径进行基于单消息副本的转发。仿真结果表明算法在一定条件下能够达到与多副本转发算法类似的消息传输成功率,同时显著降低消息传输代价。     

基于簇的移动多媒体客户请求调度策略

研究移动多媒体用户数量的增加引起的网络瓶颈与多媒体代理服务器负载大的问题.提出1种基于逻辑簇的客户请求调度策略CCRSS(Cluster-Based Client Request Scheduler Strategy).首先根据移动设备的物理位置按照客户定位算法确定请求者所在的逻辑簇.然后簇节点选择者根据节点服务能力利用节点选择策略,筛选能够响应客户请求的簇节点.最后簇节点判断者判断请求者能否作为簇节点从而服务未来的客户请求,确定请求者位于哪个逻辑簇中,并更新簇信息管理者.最后定理证明该系统能够有效的降低多媒体的抖动率和减少服务器带宽负载.     

Lifetime Prolonging Algorithms for Underwater Sensor Networks

1.IntroductionRecent advances in acoustic communication,sensor networks and ad hoc networks have motivatedthe development of UASNs which are generallyformed by a surface station,autonomous underwater ve-hicles(AUVs)and sensor nodes that possess sensing,si…     

Precoding Based Channel Prediction for Underwater Acoustic OFDM

The life duration of underwater cooperative network has been the hot topic in recent years. And the problem of node energy consuming is the key technology to maintain the energy balance among all nodes. To ensure energy efficiency of some special nodes and obtain a longer lifetime of the underwater cooperative network, this paper focuses on adopting precoding strategy to preprocess the signal at the transmitter and simplify the receiver structure. Meanwhile, it takes into account the presence of Doppler shifts and long feedback transmission delay in an underwater acoustic communication system. Precoding technique is applied based on channel prediction to realize energy saving and improve system performance. Different precoding methods are compared. Simulated results and experimental results show that the proposed scheme has a better performance, and it can provide a simple receiver and realize energy saving for some special nodes in a cooperative communication.     

Increasing underwater vehicle autonomy by reducing energy consumption

In this paper, we concern ourselves with finding a control strategy that minimizes energy consumption along a trajectory connecting two given configurations. We develop an algorithm, based on our previous work with the time optimal problem, which provides implementable control strategies that are energy efficient. We find an interesting correlation between the duration of these trajectories and the optimal duration. We present the algorithm, control strategy and experimental results from our test-bed vehicle.     

基于能耗最优的TLP张力腿水下无线监测组网方法研究

张力腿作为张力腿平台(tension leg platform,简称TLP)的重要组成部分,服役水深大,动力学行为复杂多样。为了保障张力腿的结构安全,开展张力腿的水下全方位监测十分必要。文中以某TLP为依托,构建一套能耗最优的张力腿监测系统。首先,利用附加质量法对张力腿进行湿模态分析,结合有效独立法与模态置信度准则确定张力腿监测节点的具体布设方案;其次,以能耗最低为优化目标,基于遗传算法建立了水下无线组网监测方案,同时讨论了监测节点存在失效时监测数据传输路径改变方案;最终,得到一套能耗最优的TLP张力腿水下无线组网监测方法,以降低水下监测系统维护成本。     

珠江河口的能量传播和能量耗散

建立了包括河网区、河口湾区和近海水域的ECOMSED-3D数学模型,计算了珠江河口的能量传播和能量耗散特征。研究表明:1)珠江河口能量来源受潮汐和径流共同作用,季节性变化明显;2)珠江河口存在若干高能耗区,其单位面积能耗率比上下游河段平均能耗率高1—2个量级,它们和一定的动力结构与地貌单元相联系。根据地貌特征和消能特点,可以划分为以下3种类型:门的高能耗区、曲折河段高能耗区和分汊汇流高能耗区。     

应用“跨零-能量”法估算海洋波浪再生能资源

海洋波浪能是一种可持续和零污染的再生能源,随着自然能源日渐匮乏和全球气候变化,人类对波浪能的开发利用显得尤其重要。本文应用"跨零—能量"波浪分析的新方法,首次推导了不规则波浪的波能流垂向分布及其理论计算公式。本文研究发现,浅水波能流具有均匀的垂向分布,深水波能流集中于海表层的水体中,过渡区波能流的垂向分布介于浅水和深水波能的分布之间。研究还发现,目前海洋波能流的估算方法和现今波浪发电装置的波能采集深度缺少相关性,过高估算了海洋波浪的可发电资源。     

基于潮流能直驱式海水淡化系统的建模与仿真

提出使用捕能系统捕获潮流能带动低压海水泵把低压海水转换为高压海水进行海水淡化,并对海水淡化过程中的浓海水进行能量回收。潮流能海水淡化关键在于提高效率和进入海水淡化系统时的海水压力的稳定。潮流能海水淡化系统采用直驱方式和能量回收系统提高了潮流能转换效率,而且系统中的高、低压蓄能器对海水淡化过程中海水压力起着稳定的作用。基于线性流体力学理论,推导出潮流能直驱式海水淡化系统的数学模型,模型考虑了水液压系统内部件的滑动摩擦力和泄露量。并对数学模型在系统压力、产水量和产水比能耗等方面进行仿真。仿真结果达到系统压力稳定、产水比能耗低。     

Tracking control for underwater vehicle-manipulator systems withvelocity estimation

In this paper, the problem of tracking a desired motion trajectory for an underwater vehicle-manipulator system without using direct velocity feedback is addressed. For this purpose, an observer is adopted to provide estimation of the system's velocity needed by a tracking control law. The combined controller-observer scheme is designed so as to achieve exponential convergence to zero of both motion tracking and estimation errors. In order to avoid representation singularities of the orientation, unit quaternions are used to express the vehicle attitude. Implementation issues are also considered and simplified control laws are suggested, aimed at suitably trading off tracking performance against reduced computational load. Simulation case studies are carried out to show the effectiveness of the proposed controller-observer algorithm. The obtained performance is compared to that achieved with a control scheme in which the velocity is reconstructed via numerical differentiation of position measurements. The results confirm that the chattering on the control commands is significantly reduced when the controller-observer strategy is adopted in lieu of raw numerical differentiation; this leads to lower energy consumption at the actuators and increases their lifetime